CN115974082B - 一种回收黄磷尾气制备电石的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回收黄磷尾气制备电石的装置，涉及废气及固废资源化技术领域，包括：入料机构，入料机构包括细化腔和出料斗，出料斗固定连接于细化腔下端；一级加热装置，一级加热装置包括支架、输料管和保温舱，输料管和保温舱均安装于支架上方；第一输送带；二级加热装置，二级加热装置设置于第一输送带的输送部末端；催化反应装置，催化反应装置与二级加热装置相连通，催化反应装置内部填充有催化剂；第二输送带；加热电石炉，加热电石炉设置于第二输送带末端。本发明的优点在于：以黄磷尾气作为还原剂进行磷石膏生产电石的加工，少了传统生产工艺中电石生产过程中对碳酸钙和碳原料的需求，大大提高资源利用率，具有良好的环保与经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及废气及固废资源化技术领域，具体是涉及一种回收黄磷尾气制备电石的装置。
背景技术
黄磷尾气是电炉法高温生产黄磷过程中产生的工业废气，其CO含量高达85％～95％，其他杂质基本以还原态存在，随原料成分、工艺等不同黄磷尾气组成略有不同，因黄磷尾气中杂质种类多，分离净化难度大，磷石膏是湿法磷酸生产中产生的工业固废，每生产1t磷酸会产生4-5t的磷石膏，其中CaSO4·mH2O含量高达90％以上。
电石是有机合成化学工业的基本原料之一，是生产乙炔的重要原料。目前普遍使用的电石生产工艺是电热法，即生石灰和焦炭、无烟煤或石油焦在电石炉内依靠电弧加热至2000℃以上熔化产生电石，以焦炭或碳粉为还原剂能源消耗大，磷工厂工艺热效率利用率不高，基于黄磷尾气的还原性质和磷石膏的成分，针对利用黄磷尾气和磷石膏进行制备电石的研究是解决黄磷尾气和磷石膏污染的重要手段，现有的制备电石的制备系统通常是以焦炭或碳粉等固态还原剂作为制备原料，不能适应黄磷尾气的气态还原剂的制备需求，在电石制备过程中资源回收率较低，为此，本方案提出一种回收黄磷尾气制备电石的装置。
发明内容
为解决上述技术问题，提供一种回收黄磷尾气制备电石的装置，本技术方案解决了上述的，现有的制备电石的制备系统通常是以焦炭或碳粉等固态还原剂作为制备原料，不能适应黄磷尾气的气态还原剂的制备需求，在电石制备过程中资源回收率较低的问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种回收黄磷尾气制备电石的装置，包括：
入料机构，所述入料机构包括细化腔和出料斗，所述出料斗固定连接于细化腔下端，且所述出料斗与细化腔连通，所述细化腔下端四角固定连接有若干竖直向下延伸的支撑腿；
一级加热装置，所述一级加热装置包括支架、输料管和保温舱，所述输料管和保温舱均安装于所述支架上方，所述保温舱设置于输料管右端，所述输料管上端固定安装有进料斗，且所述进料斗与输料管相连通，所述进料斗设置于出料斗正下方；
第一输送带，第一输送带包括称重部和输送部，所述称重部设置于一级加热装置右方下端；
二级加热装置，所述二级加热装置设置于第一输送带的输送部末端；
催化反应装置，所述催化反应装置与二级加热装置通过管道相连通，所述催化反应装置内部填充有催化剂；
第二输送带，所述第二输送带首端设置于所述二级加热装置的下料端；
加热电石炉，所述加热电石炉设置于所述第二输送带末端；
热交换器，所述热交换器包括热交换输入口和热交换输出口，所述热交换输入口通过管路与加热电石炉和催化反应装置连通，所述热交换输出口通过管路与一级加热装置连通；
所述二级加热装置包括热分解炉，所述热分解炉一侧固定连接有进料斗，所述进料斗与热分解炉内部连通，所述热分解炉另一侧固定安装有第一黄磷尾气入口，所述第一黄磷尾气入口上固定安装有流速控制阀，所述热分解炉顶部设置有分解尾气出口，所述热分解炉下端设置有固体排出口，所述第二输送带设置于固体排出口下方；
其中，所述催化反应装置包括反应舱，所述反应舱一侧设置有分解尾气进口和第二黄磷尾气入口，所述分解尾气进口与分解尾气出口通过管道相连通，所述反应舱上贯穿开设有进出料口，所述进出料口内侧安装有舱门，所述反应舱右端设置有排气口，所述排气口与热交换输入口连通；
所述反应舱内部中间竖直向上延伸形成安装墙板，所述安装墙板两侧均固定安装有反应室，所述催化剂填充在反应室内，所述反应舱内部前侧设置有反应进气管，所述分解尾气进口和第二黄磷尾气入口均与反应进气管连通，所述反应进气管后端固定连接有三通电磁阀，所述三通电磁阀两侧分别通过反应分气管与两侧所述反应室连通，所述反应室后端通过反应排气管与排气口连通，所述反应室上端转动连接有密封反应室门；
左侧所述反应室外侧连接有氧气入口，所述氧气入口与外部氧气气源连通。
优选的，所述细化腔内部转动连接有搅拌轴，所述搅拌轴外周表面固定连接有若干细化搅拌螺带，所述细化腔外表面一侧固定安装有搅拌驱动电机，所述搅拌驱动电机的输出端贯穿细化腔外表面并延伸至细化腔内部与搅拌轴固定连接。
优选的，所述输料管内部转动连接有螺旋送料轴，所述输料管左端固定连接有送料驱动电机，所述送料驱动电机的输出端贯穿输料管并延伸至输料管内部与螺旋送料轴固定连接。
优选的，所述保温舱的上端开设有烟气入口，所述烟气入口与热交换输出口连通，所述保温舱的右端连接有尾气出口，所述保温舱的右端下侧安装有排料舱门。
优选的，所述输料管左端与支架转动连接，所述支架上端固定安装有第一抬升装置和第二抬升装置，所述第一抬升装置输出端与输料管下方连接，所述第二抬升装置输出端与保温舱连接。
优选的，所述加热电石炉前侧转动安装有密闭炉门，所述加热电石炉右端设置有第三黄磷尾气入口，所述加热电石炉左端设置有废气排出口，所述废气排出口与热交换输入口连通。
优选的，所述第一黄磷尾气入口、第二黄磷尾气入口和第三黄磷尾气入口均与黄磷尾气供给端连通，所述尾气出口与后端尾气净化装置连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提出一种新型的回收黄磷尾气制备电石的装置，以黄磷尾气作为还原剂进行磷石膏生产电石的加工，解决了目前磷石膏污染问题的同时净化了黄磷尾气，产生具有较大经济效益的产品电石，同时还得到副产品单质硫，减少了传统生产工艺中电石生产过程中对碳酸钙和碳原料的需求，大大提高资源利用率，降低生产成本，具有良好的环保与经济效益，有利于磷化工行业发展。
本发明提出的双反应室结构的催化反应装置，一侧进行二氧化硫还原成单质硫，另一侧通入少量氧气进行催化氧化，产出硫酸，同时采用左右侧循环式反应腔设计，可实现一侧反应，另一侧上下料，可满足催化反应装置的不间断反应需求。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明另一视角下的立体结构示意图；
图3为本发明中的入料机构的立体结构示意图；
图4为本发明中的一级加热装置的立体结构示意图；
图5为本发明中的一级加热装置的内部结构示意图；
图6为本发明中的二级加热装置和催化反应装置的组装结构示意图；
图7为本发明中的二级加热装置和催化反应装置的另一视角下组装结构示意图；
图8为本发明中的催化反应装置的立体结构示意图；
图9为本发明中的催化反应装置的内部立体结构示意图；
图10为为本发明中的加热电石炉的结构示意图。
图中标号为：
1、入料机构；101、细化腔；102、支撑腿；103、搅拌轴；104、搅拌驱动电机；105、出料斗；2、一级加热装置；201、支架；202、输料管；203、进料斗；204、第一抬升装置；205、螺旋送料轴；206、送料驱动电机；207、第二抬升装置；208、保温舱；209、烟气入口；210、排料舱门；211、尾气出口；3、第一输送带；301、称重部；302、输送部；4、二级加热装置；401、热分解炉；402、进料斗；403、第一黄磷尾气入口；404、分解尾气出口；405、流速控制阀；5、催化反应装置；501、反应舱；5011、进出料口；5012、安装墙板；502、分解尾气进口；503、第二黄磷尾气入口；504、舱门；505、排气口；506、反应进气管；507、三通电磁阀；508、反应分气管；509、反应室；510、反应排气管；511、密封反应室门；512、氧气入口；6、第二输送带；7、加热电石炉；701、密闭炉门；702、第三黄磷尾气入口；703、废气排出口；8、热交换器；801、热交换输入口；802、热交换输出口。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
参照图1-7所示，一种回收黄磷尾气制备电石的装置，包括：
入料机构1，入料机构1包括细化腔101和出料斗105，出料斗105固定连接于细化腔101下端，且出料斗105与细化腔101连通，细化腔101下端四角固定连接有若干竖直向下延伸的支撑腿102；
一级加热装置2，一级加热装置2包括支架201、输料管202和保温舱208，输料管202和保温舱208均安装于支架201上方，保温舱208设置于输料管202右端，输料管202上端固定安装有进料斗203，且进料斗203与输料管202相连通，进料斗203设置于出料斗105正下方；
第一输送带3，第一输送带3包括称重部301和输送部302，称重部301设置于一级加热装置2右方下端；
二级加热装置4，二级加热装置4设置于第一输送带3的输送部302末端；
催化反应装置5，催化反应装置5与二级加热装置4通过管道相连通，催化反应装置5内部填充有催化剂；
第二输送带6，第二输送带6首端设置于二级加热装置4的下料端；
加热电石炉7，加热电石炉7设置于第二输送带6末端；
热交换器8，热交换器8包括热交换输入口801和热交换输出口802，热交换输入口801通过管路与加热电石炉7和催化反应装置5连通，热交换输出口802通过管路与一级加热装置2连通；
通过设置热交换器8，将加热电石炉7和催化反应装置5产生的高温尾气进行热交换之后生成保温烟气通入一级加热装置2中，对一级加热装置2进行加热保温，可有效的提高装置的热能利用率，极大的降低了能量消耗。
细化腔101内部转动连接有搅拌轴103，搅拌轴103外周表面固定连接有若干细化搅拌螺带，细化腔101外表面一侧固定安装有搅拌驱动电机104，搅拌驱动电机104的输出端贯穿细化腔101外表面并延伸至细化腔101内部与搅拌轴103固定连接。
本方案中，通过设置细化搅拌螺带结构的搅拌轴103对加入细化腔101内部的磷石膏与生石灰进行搅拌，可有效的增加磷石膏与生石灰混合的均匀度，同时将磷石膏与生石灰中的结块进行打散，降低磷石膏与生石灰的粒径，进而使反应进行的更加充分，提高电石的转化率。
输料管202内部转动连接有螺旋送料轴205，输料管202左端固定连接有送料驱动电机206，送料驱动电机206的输出端贯穿输料管202并延伸至输料管202内部与螺旋送料轴205固定连接。
采用螺旋送料轴205的方式进行磷石膏与生石灰混合物料的输送可精准的控制物料的输送量。
保温舱208的上端开设有烟气入口209，烟气入口209与热交换输出口802连通，保温舱208的右端连接有尾气出口211，保温舱208的右端下侧安装有排料舱门210。
输料管202左端与支架201转动连接，支架201上端固定安装有第一抬升装置204和第二抬升装置207，第一抬升装置204输出端与输料管202下方连接，第二抬升装置207输出端与保温舱208连接。
采用可提升的方式进行保温舱208的安装，进而使装置的安装可满足多种车间布局需求。
在一级加热装置2中，通过烟气入口209输入加热烟气对磷石膏与生石灰混合物料进行加热到400℃，保温4h，去除磷石膏中的磷等杂质，产生的含有机磷等杂质的尾气从尾气出口211排出至后端尾气净化装置进行处理。
二级加热装置4包括热分解炉401，热分解炉401一侧固定连接有进料斗402，进料斗402与热分解炉401内部连通，热分解炉401另一侧固定安装有第一黄磷尾气入口403，热分解炉401顶部设置有分解尾气出口404，热分解炉401下端设置有固体排出口，第二输送带6设置于固体排出口下方。
在二级加热装置4中，通过第一黄磷尾气入口403输入黄磷尾气与经过一级加热的混合物料进行同步加热到1200℃条件下进行热分解4s，产生二氧化硫和热态氧化钙，其中二氧化硫尾气从分解尾气出口404排出，热态氧化钙从固体排出口排出。
第一黄磷尾气入口403上固定安装有流速控制阀405，流速控制阀405用于控制黄磷尾气的流速。
催化反应装置5包括反应舱501，反应舱501一侧设置有分解尾气进口502和第二黄磷尾气入口503，分解尾气进口502与分解尾气出口404通过管道相连通，反应舱501上贯穿开设有进出料口5011，进出料口5011内侧安装有舱门504，反应舱501右端设置有排气口505，排气口505与热交换输入口801连通；
反应舱501内部中间竖直向上延伸形成安装墙板5012，安装墙板5012两侧均固定安装有反应室509，催化剂填充在反应室509内，反应舱501内部前侧设置有反应进气管506，分解尾气进口502和第二黄磷尾气入口503均与反应进气管506连通，反应进气管506后端固定连接有三通电磁阀507，三通电磁阀507两侧分别通过反应分气管508与两侧反应室509连通，反应室509后端通过反应排气管510与排气口505连通，反应室509上端转动连接有密封反应室门511；
左侧反应室509外侧连接有氧气入口512，氧气入口512与外部氧气气源连通；
含二氧化硫的分解尾气从分解尾气进口502输入与新的黄磷尾气从第二黄磷尾气入口503输入，在还原装置5内部填充的催化剂作用下，在500℃环境下，在右侧反应室509由黄磷尾气将二氧化硫还原成单质硫，回收硫资源，在左侧反应室509中通入少量氧气进行催化氧化，产出硫酸，其中催化剂可为铝矾土、硫化CoMo/Al2O3-TiO2或Fe2O3/γ-Al2O3；
由于在生产过程中，二级加热装置4中会持续不断的产生二氧化硫尾气，因此催化反应装置5需要满足不间断的对二氧化硫尾气进行催化还原，因此本方案中采用双反应室509的结构设计，在进反应时，通过三通电磁阀507控制反应进气管506与右侧的反应室509连通，由黄磷尾气将二氧化硫还原成单质硫，当右侧反应室509内部生成足够的单质硫时，通过三通电磁阀507控制反应进气管506与左侧的反应室509连通，同时通过氧气入口512向左侧反应室509中通入少量氧气，进行催化氧化，产出硫酸，同时对右侧反应室509内部的单质硫进行回收，实现催化反应装置5的不间断反应上下料，极大的提高了反应的效率。
加热电石炉7前侧转动安装有密闭炉门701，加热电石炉7右端设置有第三黄磷尾气入口702，加热电石炉7左端设置有废气排出口703，废气排出口703与热交换输入口801连通。
在加热电石炉7中，通过第三黄磷尾气入口702输入黄磷尾气与热态氧化钙在电热作用下加热到2000℃以上，热态氧化钙与黄磷尾气反应生成熔融电石，后续将熔融电石进行破碎筛分即可完成电石的制备。
第一黄磷尾气入口403、第二黄磷尾气入口503和第三黄磷尾气入口702均与黄磷尾气供给端连通，尾气出口211与后端尾气净化装置连通。
本发明的使用过程为：S1：首先将磷石膏与生石灰加入细化腔101中，开启搅拌驱动电机104带动搅拌轴103对磷石膏与生石灰混合物料进行搅拌混合细化；
S2：之后将磷石膏与生石灰混合物料通过输料管202输送至保温舱208中，并通过烟气入口209输入加热烟气对磷石膏与生石灰混合物料进行加热到400℃，保温4h，去除磷石膏中的磷等杂质；
S3：将经过一级加热后的磷石膏与生石灰混合物料输出至称重部301，由称重部301称取配比重量的磷石膏与生石灰混合物料，输送至二级加热装置4；
S4：在二级加热装置4中，通过第一黄磷尾气入口403输入黄磷尾气与经过一级加热的混合物料进行同步加热到1200℃条件下进行热分解4s，产生二氧化硫和热态氧化钙，其中二氧化硫尾气从分解尾气出口404排出，热态氧化钙从固体排出口排出；
S5、含二氧化硫的分解尾气从分解尾气进口502输入与新的黄磷尾气从第二黄磷尾气入口503输入，在还原装置5内部填充的催化剂作用下，在500℃环境下，由黄磷尾气将二氧化硫还原成单质硫；
S6、热态氧化钙通过第二输送带6输送至加热电石炉7处，在加热电石炉7中，通过第三黄磷尾气入口702输入黄磷尾气与热态氧化钙在电热作用下加热到2000℃以上，热态氧化钙与黄磷尾气反应生成熔融电石，后续将熔融电石进行破碎筛分即可完成电石的制备。
综上所述，本发明的优点在于：以黄磷尾气作为还原剂进行磷石膏生产电石的加工，少了传统生产工艺中电石生产过程中对碳酸钙和碳原料的需求，大大提高资源利用率，具有良好的环保与经济效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (5)
1.一种回收黄磷尾气制备电石的装置，其特征在于，包括： 入料机构（1），所述入料机构（1）包括细化腔（101）和出料斗（105）， 所述出料斗（105）固定连接于细化腔（101）下端，且所述出料斗（105）与细 化腔（101）连通，所述细化腔（101）下端四角固定连接有若干竖直向下延伸的 支撑腿（102）；
所述细化腔（101）内部转动连接有搅拌轴（103），所述搅拌轴（103）外周表 面固定连接有若干细化搅拌螺带，所述细化腔（101）外表面一侧固定安装有搅 拌驱动电机（104），所述搅拌驱动电机（104）的输出端贯穿细化腔（101）外 表面并延伸至细化腔（101）内部与搅拌轴（103）固定连接；
一级加热装置（2），所述一级加热装置（2）包括支架（201）、输料管（202） 和保温舱（208），所述输料管（202）和保温舱（208）均安装于所述支架（201） 上方，所述保温舱（208）设置于输料管（202）右端，所述输料管（202）上端 固定安装有进料斗（203），且所述进料斗（203）与输料管（202）相连通，所 述进料斗（203）设置于出料斗（105）正下方；
所述输料管（202）左端与支架（201）转动连接，所述支架（201）上端固定安装有第一抬升装置（204）和第二抬升装置（207），所述第一抬升装置（204） 输出端与输料管（202）下方连接，所述第二抬升装置（207）输出端与保温舱（208） 连接；
第一输送带（3），第一输送带（3）包括称重部（301）和输送部（302）， 所述称重部（301）设置于一级加热装置（2）右方下端；
二级加热装置（4），所述二级加热装置（4）设置于第一输送带（3）的输 送部（302）末端；
催化反应装置（5），所述催化反应装置（5）与二级加热装置（4）通过管道相连通，所述催化反应装置（5）内部填充有催化剂；
第二输送带（6），所述第二输送带（6）首端设置于所述二级加热装置（4） 的下料端；
加热电石炉（7），所述加热电石炉（7）设置于所述第二输送带（6）末端；
热交换器（8），所述热交换器（8）包括热交换输入口（801）和热交换输 出口（802），所述热交换输入口（801）通过管路与加热电石炉（7）和催化反应装置（5）连通，所述热交换输出口（802）通过管路与一级加热装置（2）连通；
所述二级加热装置（4）包括热分解炉（401），所述热分解炉（401）一侧 固定连接有进料斗（402），所述进料斗（402）与热分解炉（401）内部连通， 所述热分解炉（401）另一侧固定安装有第一黄磷尾气入口（403），所述第一黄 磷尾气入口（403）上固定安装有流速控制阀（405），所述热分解炉（401）顶 部设置有分解尾气出口（404），所述热分解炉（401）下端设置有固体排出口， 所述第二输送带（6）设置于固体排出口下方；
其中，所述催化反应装置（5）包括反应舱（501），所述反应舱（501）一 侧设置有分解尾气进口（502）和第二黄磷尾气入口（503），所述分解尾气进口 （502）与分解尾气出口（404）通过管道相连通，所述反应舱（501）上贯穿开 设有进出料口（5011），所述进出料口（5011）内侧安装有舱门（504），所述 反应舱（501）右端设置有排气口（505），所述排气口（505）与热交换输入口 （801）连通； 所述反应舱（501）内部中间竖直向上延伸形成安装墙板（5012），所述安装墙板（5012）两侧均固定安装有反应室（509），所述催化剂填充在反应室（509） 内，所述反应舱（501）内部前侧设置有反应进气管（506），所述分解尾气进口（502）和第二黄磷尾气入口（503）均与反应进气管（506）连通，所述反应进 气管（506）后端固定连接有三通电磁阀（507），所述三通电磁阀（507）两侧 分别通过反应分气管（508）与两侧所述反应室（509）连通，所述反应室（509） 后端通过反应排气管（510）与排气口（505）连通，所述反应室（509）上端转 动连接有密封反应室门（511）； 左侧所述反应室（509）外侧连接有氧气入口（512），所述氧气入口（512） 与外部氧气气源连通；
所述反应室（509）结构的催化反应装置，一侧进行二氧化硫还原成单质硫，另一侧通入少量氧气进行催化氧化，产出硫酸，同时采用左右侧循环式反应腔设计，可实现一侧反应，另一侧上下料。
2. 根据权利要求 1 所述的一种回收黄磷尾气制备电石的装置，其特征在于， 所述输料管（202）内部转动连接有螺旋送料轴（205），所述输料管（202）左端固定连接有送料驱动电机（206），所述送料驱动电机（206）的输出端贯穿输料管（202）并延伸至输料管（202）内部与螺旋送料轴（205）固定连接。
3.根据权利要求 1 所述的一种回收黄磷尾气制备电石的装置，其特征在于， 所述保温舱（208）的上端开设有烟气入口（209），所述烟气入口（209）与热 交换输出口（802）连通，所述保温舱（208）的右端连接有尾气出口（211）， 所述保温舱（208）的右端下侧安装有排料舱门（210）。
4.根据权利要求 3 所述的一种回收黄磷尾气制备电石的装置，其特征在于， 所述加热电石炉（7）前侧转动安装有密闭炉门（701），所述加热电石炉（7） 右端设置有第三黄磷尾气入口（702），所述加热电石炉（7）左端设置有废气排 出口（703），所述废气排出口（703）与热交换输入口（801）连通。
5.根据权利要求 4所述的一种回收黄磷尾气制备电石的装置，其特征在于， 所述第一黄磷尾气入口（403）、第二黄磷尾气入口（503）和第三黄磷尾气入口 （702）均与黄磷尾气供给端连通，所述尾气出口（211）与后端尾气净化装置连通。
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